JP2019073970A - 掘進機 - Google Patents

Abstract

【課題】地中に敷設されている既設管を切削破砕する際に用いる掘進機を提供する。【解決手段】先端部分に設けられ、地中に敷設されている既設管を切削破砕する第１の破砕部と、前記第１の破砕部よりも後端側に設けられ、前記第１の破砕部で切削破砕された前記既設管を破砕する第２の破砕部と、前記第２の破砕部よりも後端側に設けられ、前記第２の破砕部で切削破砕された前記既設管を破砕する第３の破砕部と、を有する掘進機。【選択図】図６Ａ

Description

本発明は、地中に敷設されている既設管を切削破砕する際に利用可能な掘進機に関する。

現在都市部に敷設されている下水道管等の既設管は、敷設から長期間が経過したことによる老朽化や機能不全の問題が発生しつつあり、その改築の要望が高まっている。

一方、既設管の多くが交通量の多い道路等の地下に敷設されており、またその地下には他の地下構造物や地中埋設物が輻輳しているため、一般的な開削工法による改築工事が難しいという問題がある。

このような問題を解決する一つの方法として、改築推進工法が行われている。

改築推進工法は、老朽化した既設管を切削破砕しながら、同時に新管を敷設するものであり、非開削で行うことが可能である。

一般に、改築推進工法は、静的破砕推進工法、衝撃的破砕推進工法、切削破砕推進工法（既設管充填式、既設管ガイド式）、引抜推進工法に分類される（非特許文献１参照）。

「推進工法用設計積算要領 改築推進工法編 ２０１３年改訂版」、公益社団法人日本推進技術協会、２０１３年４月

ところで、改築推進工法において既設管を切削破砕して新設管を敷設する場合、破砕した既設管や切削により生じる掘削土（以下、「破砕物」という）を効率よく回収することが好ましい。

ここで、従来の既設管充填方式によれば、破砕物を掘進機から流出した泥水と混合させ、排水として回収する方式（泥水排土方式）を用いることができる。

しかし、既設管充填方式は、モルタル等のグラウトで充填された既設管を掘進機で切削破砕し、その後方から新設管を敷設する方法である。すなわち、既設管充填方式は、事前に既設管にグラウトを充填する作業が必要となり、作業時間及びコストが増大するという問題がある。

一方、従来の既設管ガイド方式は、既設管内に推進ガイド装置を配置し、当該推進ガイド装置で先導しながら掘進機により既設管を切削破砕し、その後方から新設管を敷設する方法である。従って、従来の既設管充填方式のように既設管にグラウトを充填する作業は不要となる。

しかし、既設管ガイド方式では既設管内が空洞のまま切削破砕を行うため、掘進機から泥水を流出させたとしても既設管内に流れ出てしまう。すなわち、破砕物を泥水と混合することができない。従って、既設管ガイド方式では、掘進機内に設けられたスクリューで破砕物をそのまま後方に送り出す方式（オーガ式）が採用されている。そのため、既設管ガイド方式では、破砕物を効率よく回収することが困難である。

本発明の目的は、地中に敷設されている既設管を切削破砕する際に用いる掘進機を提供することにある。

上記目的を達成するための主たる発明は、先端部分に設けられ、地中に敷設されている既設管を切削破砕する第１の破砕部と、前記第１の破砕部よりも後端側に設けられ、前記第１の破砕部で切削破砕された前記既設管を破砕する第２の破砕部と、前記第２の破砕部よりも後端側に設けられ、前記第２の破砕部で切削破砕された前記既設管を破砕する第３の破砕部と、を有する掘進機である。
本発明の他の特徴については、後述する明細書及び図面の記載により明らかにする。

本発明によれば、地中に敷設されている既設管を切削破砕する際、破砕物を効率よく回収でき、且つ既設管へのグラフト充填が不要となる。

実施形態に係る改築推進システムの全体概略を示す図である。 実施形態に係る掘進機の断面図である。 実施形態に係るアウターコーンの正面図である。 実施形態に係るインナーコーンの正面透視図である。 実施形態に係る第１クラッシャー部の正面図である。 実施形態に係る第１クラッシャー部とアウターコーンとの位置関係を示す正面図である。 実施形態に係る第１クラッシャー部とアウターコーンとの位置関係を示す正面図である。 実施形態に係る掘進機の図２におけるＡ−Ａ断面図である。 実施形態に係る既設管ガイド装置の断面図である。 実施形態に係る既設管ガイド装置の断面図である。 実施形態に係る既設管ガイド装置の図８ＡにおけるＡ−Ａ断面図である。 実施形態に係る既設管ガイド装置の図８ＡにおけるＢ−Ｂ断面図である。 実施形態に係る既設管ガイド装置の図８ＡにおけるＣ−Ｃ断面図である。 実施形態に係る切削破砕システムが地中に配置された状態を示す図である。 既設管の変形状態を示す図である。 実施形態に係る掘進機と既設管ガイド装置との当接部分を示す拡大図である。 実施形態に係る掘進機と既設管ガイド装置との当接部分を示す拡大図である。

後述する明細書及び図面の記載から、上記の主たる発明の他、少なくとも以下の事項が明らかとなる。

すなわち、前記既設管ガイド装置において、前記シール部材よりも前記後端側に設けられ、一端が前記既設管ガイド装置に回転可能に接続され、他端が前記既設管ガイド装置に対して開閉可能な破砕刃を有する切削破砕システムが明らかとなる。このようなシステムによれば、掘進機による切削破砕がより容易となる。

また、前記既設管ガイド装置と前記掘進機との当接部分において、前記掘進機の進行方向を調整するための方向調整機構を有する切削破砕システムが明らかとなる。このようなシステムによれば、掘進機を所望の方向に推進できる。

また、前記掘進機は、前記掘進機の先端部分に設けられ、前記既設管を切削破砕する第１の破砕部と、前記第１の破砕部よりも前記掘進機の後端側に設けられ、前記第１の破砕部で切削破砕された前記既設管を破砕する第２の破砕部と、前記第２の破砕部よりも前記掘進機の後端側に設けられ、前記第２の破砕部で切削破砕された前記既設管を破砕する第３の破砕部と、を有する切削破砕システムが明らかとなる。このようなシステムによれば、既設管をより細かく破砕することが可能となる。

更に、地中に敷設されている既設管を切削破砕し、破砕物を回収する掘進機と、前記掘進機の前方において前記既設管内を移動可能に設けられ、その後端側が前記掘進機と当接した状態で前記掘進機の進行方向をガイドするための既設管ガイド装置とを用い、前記既設管を切削破砕する切削破砕方法であって、前記既設管ガイド装置の外周部分に設けられたシール部材が前記既設管の内面と密着するよう前記既設管ガイド装置を既設管内に配置し、前記既設管ガイド装置で進行方向をガイドしながら前記掘進機で前記既設管を切削破砕し、前記掘進機の先端部分に設けられた放水口から前記既設管ガイド装置側に向けて水を放出することにより、前記シール部材と前記掘進機とで形成される空間内で放出された水と切削破砕された前記既設管を混合させて排水とし、前記掘進機を介して前記排水を外部に排出する切削破砕方法が明らかとなる。このような方法によれば、破砕物を効率よく回収し、且つ既設管へグラフトを充填することを不要とすることができる。

また、上記切削破砕方法により前記既設管が破砕された後、前記掘進機の進行方向に沿って新設管を敷設する改築推進方法が明らかとなる。このような方法によれば、既設管の改築を進めることができる。

＜実施形態＞
図１〜図１４を参照して、実施形態に係る切削破砕システム１について説明する。切削破砕システム１は、地中に敷設されている既設管を切削破砕する際に使用することができる。なお、切削破砕システム１は、従来の既設管ガイド方式で用いられる既設管ガイド装置及び掘進機の構成を改良したものである。従って、以下の説明では本発明に特徴的な構成を中心に説明し、それ以外の部分については詳細な説明を省略することがある。

＝＝改築推進システム＝＝
図１は、本実施形態に係る切削破砕システム１を含む改築推進システム１００の全体概略を示す図である。改築推進システム１００は、既設管ＥＰを切削破砕し、新設管ＮＰを敷設する改築推進方法を実施するためのシステムである。改築推進システム１００は、切削破砕システム１、元押装置ＰＡ、反力調整装置ＲＡ、プラントＰＬ及びコントロールシステムＣＳを含んで構成される。

切削破砕システム１は、掘進機２及び既設管ガイド装置３を含んで構成される。

掘進機２は、既設管ＥＰを切削破砕し、破砕物を回収する。掘進機２は、地中に予め掘られた発進立坑ＬＳ側から既設管ＥＰの切削破砕を行う。掘進機２は、発進立坑ＬＳ内に設置された元押装置ＰＡから与えられる力により、既設管ＥＰの方向に推進する。

既設管ガイド装置３は、既設管ＥＰ内を移動可能に設けられる。既設管ガイド装置３は、発進立坑ＬＳ側または既設到達人孔ＡＳ側から既設管ＥＰ内に配置できる。

既設管ガイド装置３は、その後端側が掘進機２の先端側と当接した状態で既設管ＥＰ内を移動する。すなわち、既設管ガイド装置３は掘進機２の進行方向をガイドする役割を有する。

既設管ガイド装置３は、既設到達人孔ＡＳ側に設けられた反力調整装置ＲＡにより、掘進機２から押される力（掘進機２を介して元押装置ＰＡから与えられる力）に対する反力を調整しながら移動する。このような構成により、既設管ガイド装置３と掘進機２は、同調して既設管ＥＰを切削破砕しながら推進可能となる。なお、反力の調整は、既設管ガイド装置３自体が備える構成（反力維持ローラー３４等。後述）によってなされてもよい。

既設管ＥＰが切削破砕された後、掘進機２の進行方向沿って新設管ＮＰが敷設される。新設管ＮＰは、元押装置ＰＡから与えられる力により、発進立坑ＬＳ側から掘進機２の進行方向（掘進機２によって切削破砕が行われた方向）に沿って推進する。

プラントＰＬは、切削破砕システム１に送水する水（泥水）及び切削破砕システム１からの排水（破砕物を含む泥水）を処理するシステムである。コントロールシステムＣＳは、切削破砕システム１、元押装置ＰＡ、反力調整装置ＲＡ、及びプラントＰＬの動作を制御する。

＝＝掘進機＝＝
図２〜図７を参照して本実施形態に係る掘進機２の構成について説明する。図２において、掘進機２の進行方向を「先端側」とし、逆方向を「後端側」とする。

掘進機２は、既設管ＥＰを切削破砕するためのヘッド部２１、及びヘッド部２１の後端に連結される本体部２２、本体部２２の後端に連結されるポンプ収納部２３を含んで構成される。

［ヘッド部］
ヘッド部２１は、掘進機２の先端に位置する。ヘッド部２１は、アウターコーン２１ａ、インナーコーン２１ｂ、第１クラッシャー部２１ｃ、乗り上げコーン２１ｄ、ケーシング２１ｅ、及び減速機２１ｆを含んで構成される。

（アウターコーン）
アウターコーン２１ａは、ケーシング２１ｅの先端側に対してボルト止め等により連結固定されている。図３に示すように、アウターコーン２１ａは、正面から見た場合に略円環状に形成された部材である。

図３に示すように、アウターコーン２１ａの内周面全域には、一定間隔で第２粉砕用筋盛り２１０ａが形成されている。また、第１クラッシャー部２１ｃとの対向面上部域（約１０５°の領域）には、アウターコーン２１ａの半径方向に延びる複数の第１粉砕用筋盛り２１１ａが第２粉砕用筋盛り２１０ａに連設して設けられている。また、各第１粉砕用筋盛り２１１ａの間には、放水口２１２ａが形成されている。

放水口２１２ａは、掘進機２の先端部分に設けられ、既設管ガイド装置３側に向けて水（たとえば、泥水）を放出するための構成である（詳細は後述）。図３では、７つの放水口２１２ａが形成されているが、放水口２１２ａの数はこれに限られない。

また、第１クラッシャー部２１ｃとの対向面のうち、第１粉砕用筋盛り２１１ａが形成されていない部分には筋盛り２１３ａが設けられている。筋盛り２１３ａは、アウターコーン２１ａ自体の磨耗を防止するための構成である。図３では、２つの筋盛り２１３ａが形成されているが、筋盛り２１３ａの本数はこれに限られない。

（インナーコーン）
インナーコーン２１ｂは、第１クラッシャー部２１ｃの後端側に対してボルト止め等により連結固定されている。図４に示すように、インナーコーン２１ｂは、正面から見た場合に、略円状に形成された部材である。

インナーコーン２１ｂは、第１クラッシャー部２１ｃと連結される前段部２１０ｂと、減速機２１ｆが連結される後段部２１１ｂと、前段部２１０ｂと後段部２１１ｂとの間に位置する中段部２１２ｂを有する。インナーコーン２１ｂは、後段部２１１ｂの径が最も大きく、中段部２１２ｂの径が最も小さくなるよう構成されている。後段部２１１ｂの外周面には、一定間隔で粉砕用凹凸部２１３ｂが形成されている（図４参照）。

また、後段部２１１ｂの底面には孔２１４ｂが形成されている（図２参照）。孔２１４ｂには、モータ２２ｂの回転力を減速する減速機２１ｆの出力軸が嵌入される。インナーコーン２１ｂは、モータ２２ｂの回転力によって、アウターコーン２１ａと同軸芯上で回転する。なお、アウターコーン２１ａは、ケーシング２１ｅに固定されているため回転しない。

（第１クラッシャー部）
図２及び図５に示すように、第１クラッシャー部２１ｃは、回転板２１０ｃと、突起部２１１ｃと、羽根部２１２ｃと、ビット２１３ｃと、クラッシャー誘導羽根２１４ｃとを含む。

回転板２１０ｃは、インナーコーン２１ｂの前段部２１０ｂと連結される部分である。回転板２１０ｃがインナーコーン２１ｂと連結されている場合、インナーコーン２１の回転に伴って回転板２１０ｃも回転する。すなわち、モータ２２ｂの回転力によって、第１クラッシャー部２１ｃは回転する。

突起部２１１ｃは、回転板２１０ｃから掘進機２の先端側に突出する部材である。突起部２１１ｃは、回転板２１０ｃの中心部分に設けられる。突起部２１１ｃの先端には、乗り上げコーン２１ｄが設けられる。

羽根部２１２ｃは、ビット２１３ｃを保持するための部材である。本実施形態においては、３つの羽根部２１２ｃが回転板２１０ｃの外周から１２０°間隔で延設されている。各羽根部２１２ｃ同士の間は、破砕物を掘進機２内に取り込むための取込口Ｇを形成する（図５参照）。

ビット２１３ｃは、既設管ＥＰを切削破砕するための部分である。ビット２１３ｃは、たとえば、超硬合金により形成されている。ビット２１３ｃの表面には複数の突起部分が形成されている。ビット２１３ｃは、第１クラッシャー部２１ｃの回転とは独立して回転できるよう配置されている。

クラッシャー誘導羽根２１４ｃは、羽根部２１２ｃの裏面（ビット２１３ｃが保持される面とは逆の面）に形成される。クラッシャー誘導羽根２１４ｃは、ビット２１３ｃによって破砕された既設管ＥＰを、第１粉砕用筋盛り２１１ａとの間で更に細かく破砕する（詳細は後述）。

ここで、本実施形態に係る掘進機２は、アウターコーン２１ａに対して第１クラッシャー部２１ｃが回転する際、放水口２１２ａの少なくとも一つが常に取込口Ｇを介して先端側に開放されている構成となっていることを要する。

図６Ａ及び図６Ｂは、アウターコーン２１ａと第１クラッシャー部２１ｃとの関係を説明するための正面図である。たとえば、図６Ａの例では、２つの放水口２１２ａが完全に開放されており、図６Ｂの例では、３つの放水口２１２ａが完全に開放されている。これらの図から明らかなように、ピット２１３ｃ間の間隔（取込口Ｇの幅）は、少なくとも放水口２１２ａよりも広いことを要する。

このような構成を採用することにより、切削破砕時において、常に放水口２１２ａから掘進機２の前方（既設管ガイド装置３側）に水を放出することができる。従って、掘進機２で切削破砕された破砕物に対して直接、水を与えることができる。また、回転するビット２１３ｃに対して放出された水が当たることでビット２１３ｃに付着した細かい砂や砂利を洗い流すことができる。従って、ビット２１３ｃの切削破砕性能を維持することが可能となる。

（乗り上げコーン）
乗り上げコーン２１ｄは、上述の通り、突起部２１１ｃの先端に設けられる部材である。図２に示すように、乗り上げコーン２１ｄは、少なくともその先端部分がビット２１３ｃよりも掘進機２の先端側に突出するよう配置される。また、乗り上げコーン２１ｄは、突起部２１１ｃに対して回転可能に設けられている。すなわち、乗り上げコーン２１ｄは、第１クラッシャー部２１ｃの回転とは独立して回転できるよう配置されている。乗り上げコーン２１ｄの先端部分は略円錐状に形成されている。乗り上げコーン２１ｄは、既設管ガイド装置３の反力円錐ヘッド３２（後述）と共に、掘進機２の進行方向を調整するための方向調整機構ＤＭ（後述）を構成する。

（ケーシング）
ケーシング２１ｅは、ヘッド部２１の外装を構成する円筒状の部材である。ケーシング２１ｅは、ヘッド部２１と本体部２２とを連結する。ケーシング２１ｅは、本体部２２に対して上下方向に稼働可能となっている（詳細は後述）。ケーシング２１ｅの内部には、減速機２１ｆ、及び後述する送水管ｓｐ、排水管ｄｐが設けられている。

（減速機）
減速機２１ｆは、上述の通り、モータ２２ｂの回転力を減速するための構成である。

［本体部］
本体部２２は、ヘッド部２１の後端側に位置する。本体部２２は、ケーシング２２ａ、モータ２２ｂ、修正ジャッキ２２ｃ、弁部２２ｄを含んで構成される。

（ケーシング）
ケーシング２２ａは、本体部２２の外装を構成する円筒状の部材である。ケーシング２２ａは、本体部２２とヘッド部２１とを連結する。ケーシング２２ａの内部には、モータ２２ｂ、修正ジャッキ２２ｃ、弁部２２ｄ、送水管ｓｐ及び排水管ｄｐが設けられている。

（モータ）
モータ２２ｂは、ヘッド部２１のインナーコーン２１ｂを回転させるための回転力を発生させる。モータ２２ｂの回転力がインナーコーン２１ｂを介して第１クラッシャー部２１ｃに伝わることにより、第１クラッシャー部２１ｃは回転し、既設管ＥＰの切削破砕を行うことが可能となる。

（修正ジャッキ）
修正ジャッキ２２ｃは、本体部２２に対するヘッド部２１（ケーシング２１ｅ）の向きを調整するための構成である。修正ジャッキ２２ｃは、たとえば、掘進機２の進行方向を修正する際にヘッド部２１の向きを調整する。本実施形態において、修正ジャッキ２２ｃは、掘進機２の長軸方向に対して上下にケーシング２１ｅを稼働させることにより、本体部２２に対するヘッド部２１の向きを調整することができる。修正ジャッキ２２ｃは、たとえば油圧式のジャッキを用いることができる。

（弁部）
弁部２２ｄは、送水管ｓｐ及び排水管ｄｐの流量を調整するための止水弁或いはバイパス弁である。

送水管ｓｐ及び排水管ｄｐは、掘進機２の本体部２１からポンプ収納部２３まで設けられている。送水管ｓｐは、ポンプ２３ｂ（後述）により送水される水（泥水）をヘッド部２１まで導くための管である。送水管ｓｐから放出された水は、ヘッド部２１内のバイパス路（図示なし）を介して放水口２１２ａに供給される。排水管ｄｐは、ヘッド部２１に取り込まれた破砕物を含んだ泥水を回収するための管である。

図７に示すように、本実施形態において送水管ｓｐ及び排水管ｄｐは、掘進機２の下側部分にそれぞれ１本ずつ設けられている。なお、図７に示すように、本体部２２の後端端面には、たとえば、送水管ｓｐや排水管ｄｐの流量やモータ２２ｂの駆動状態等を示す各種計器が設けられている。

［ポンプ収納部］
ポンプ収納部２３は、本体部２２の後端側に位置する。ポンプ収納部２３は、ケーシング２３ａ及びポンプ２３ｂを含んで構成される。

（ケーシング）
ケーシング２３ａは、ポンプ収納部２３の外装を構成する円筒状の部材である。ケーシング２３ａは、ポンプ収納部２３と本体部２２とを連結する。ケーシング２３ａの内部には、ポンプ２３ｂ、送水管ｓｐ及び排水管ｄｐが設けられている。

ポンプ２３ｂは、送水管ｓｐ及び排水管ｄｐ内における水の送水、排水を調整するための構成である。ポンプ２３ｂは、たとえば油圧式のポンプを用いることができる。

ポンプ２３ｂは、コントロールシステムＣＳの制御に基づいて、送水管ｓｐを介して送水するための圧力及び排水管ｄｐを介して排水するための圧力を調整する。ポンプ２３ｂによりヘッド部２１まで送水された水は、放水口２１２ａから掘進機２の前方に放水される。また、ポンプ２３ｂにより排水管ｄｐを介して吸水された水は、プラントＰＣまで送水される。

＝＝既設管ガイド装置＝＝
次に図８Ａ〜図１０を参照して本実施形態に係る既設管ガイド装置３の構成について説明する。図８Ａ及び図８Ｂにおいて、既設管ガイド装置３の進行方向を「先端側」とし、逆方向を「後端側」とする。既設管ガイド装置３は、本体部３１、反力円錐ヘッド３２、シール部材３３、反力維持ローラー３４、及び破砕補助機構３５を含んで構成される。

［本体部］
本体部３１は、既設管ガイド装置３の外装を構成する円筒状の部材である。本体部３１の先端には、到達立坑ＡＳ側に設けられた反力調整装置ＲＡが連結される。本体部３１には、シール部材３３を固定するためのプレート３１ａ及び３１ｂが設けられている。

［反力円錐ヘッド］
反力円錐ヘッド３２は、本体部３１の後端に設けられる部材である。図８Ａ等に示すように、反力円錐ヘッド３２の先端部分は略円錐状に形成されている。反力円錐ヘッド３２の先端部分が、掘進機２の乗り上げコーン２１ｄの先端部分と当接した状態で、元押装置ＰＡから押されることにより、既設管ガイド装置３は掘進機２と同調して既設管ＥＰ内を推進する。なお、反力円錐ヘッド３２は、掘進機２の乗り上げコーン２１ｄと共に、掘進機２の進行方向を調整するための方向調整機構ＤＭ（後述）を構成する。

［シール部材］
シール部材３３は、既設管ガイド装置３の外周部分に設けられ、既設管ＥＰの内面と密着する。シール部材３３は、既設管ＥＰの内面と密着する構成であれば、その数、形態、及び材料（金属や非金属（樹脂））等は特に限定されるものではない。

本実施形態におけるシール部材３３は、２種類の異なるシール部材３３Ａ及び３３Ｂを含む。

シール部材３３Ａは、止水圧力加圧調整エアホース３３ａ及び高収縮耐摩耗ゴムスリーブ３３ｂを含んで構成される。

止水圧力加圧調整エアホース３３ａは、空気を供給することにより膨張する部材である。図８Ａでは、止水圧力加圧調整エアホース３３ａが収縮している状態を示し、図８Ｂでは、止水圧力加圧調整エアホース３３ａが膨張している状態を示す。また、図９Ａ（図８ＡのＡ−Ａ断面）に示すように、止水圧力加圧調整エアホース３３ａは、往復ピストン３５ｄ（後述）の外周部分全体に渡って設けられている。

高収縮耐摩耗ゴムスリーブ３３ｂは、プレート３１ａ及び３１ｂの間に固定されている。高収縮耐摩耗ゴムスリーブ３３ｂは、図９Ａに示すように、既設管ガイド装置３の外周部分に設けられており、本体部３１の一部を構成している。止水圧力加圧調整エアホース３３ａの膨張に伴い、高収縮耐摩耗ゴムスリーブ３３ｂは、外側に広がる（図８Ｂ参照）。

図８Ｂに示すように、止水圧力加圧調整エアホース３３ａ及び高収縮耐摩耗ゴムスリーブ３３ｂを膨張させることにより、シール部材３３Ａは、既設管ＥＰの内面と密着することができる（図１１参照）。この場合、掘進機２から放水された水がシール部材３３Ａよりも先端側に流出することが無い。また、止水圧力加圧調整エアホース３３ａ及び高収縮耐摩耗ゴムスリーブ３３ｂの膨張度合いを調整することにより、径の異なる既設管ＥＰであっても、その内面と確実に密着させることができる。なお、止水圧力加圧調整エアホース３３ａは２つ以上設けられていてもよい。止水圧力加圧調整エアホース３３ａを複数設けることにより、シール部材３３Ａをより確実に既設管ＥＰの内面と密着させることができる。

シール部材３３Ｂは、硬質スポンジシールを含んで構成される。図９Ｂは、図８ＡのＢ−Ｂ断面である。図９Ｂに示すように、シール部材３３Ｂは、本体部３１（プレート３１ｂ）の外周部分全体に渡って設けられている。

シール部材３３Ｂは、既設管ＥＰの直径と等しいか、それよりも少し大きい径のものを使用する。そのため、既設管ガイド装置３が既設管ＥＰ内に配置された状態において、シール部材３３Ｂは、既設管ＥＰの内面と密着する。また、既設管ガイド装置３は、既設管ＥＰ内面との密着状態を保ったまま、既設管ＥＰ内を移動することができる。シール部材３３Ｂは、掘進機２による破砕物や既設管ＥＰ外の石や砂のような固形物がシール部材３３Ａ側に流れることを防止する。一方、シール部材３３Ｂは、スポンジ状のため、掘進機２からの水を透過することができる。なお、シール部材３３Ｂは必須の構成ではない。シール部材３３としては、少なくともシール部材３３Ａがあれば足りる。

［反力維持ローラー］
反力維持ローラー３４は、既設管ＥＰの内面と接することにより、既設管ガイド装置３に生じる反力を維持・調整するための構成である。本実施形態において、反力維持ローラー３４は、本体部３１の外周部分において、等間隔で４か所設けられている（図８では２つのみ示している）。

［破砕補助機構］
破砕補助機構３５は、掘進機２による既設管ＥＰの切削破砕を補助する機構である。破砕補助機構３５は、破砕刃３５ａ、刃位置センサー３５ｂ、押上ローラー３５ｃ、往復ピストン３５ｄ、同調連結ロッド３５ｅ、及び機構制御部３５ｆを含んで構成される。

（破砕刃）
破砕刃３５ａは、既設管ガイド装置３において、シール部材３３Ｂよりも後端側に設けられ、一端が既設管ガイド装置３に回転可能に接続され、他端が既設管ガイド装置３に対して開閉可能な構成となっている。本実施形態においては、既設管ガイド装置３の先端側に位置する端部が回転可能に接続され、既設管ガイド装置３の後端側に位置する端部が開閉可能となっている。また、本実施形態において、破砕刃３５ａは６０°間隔で６枚設けられている（図１０参照。図１０は図８のＢ−Ｂ断面である）。

破砕刃３５ａが開状態にある場合（図８、図１０参照）、破砕刃３５ａは、本体部３１よりも外側に突出した状態となる。一方、破砕刃３５ａが閉状態にある場合、破砕刃３５ａは、本体部３１にほぼ収容された状態となる。

（刃位置センサー）
刃位置センサー３５ｂは、破砕刃３５ａの開閉状態を検出するためのセンサーである。

（押上ローラー）
押上ローラー３５ｃは、本体部３１の長軸方向に沿って移動することにより、破砕刃３５ａの開閉を切り替える。押上ローラー３５ｃは、破砕刃３５ａの数だけ設けられている。押上ローラー３５ｃは、それぞれ往復ピストン３５ｄと連結している。

（往復ピストン）
往復ピストン３５ｄは、本体部３１内において、既設管ガイド装置３の長軸方向に沿って設けられる部材である。往復ピストン３５ｄが長軸方向に前後することにより、連結された押上ローラー３５ｃも長軸方向に移動する。

（同調連結ロッド）
同調連結ロッド３５ｅは、往復ピストン３５ｄと機構制御部３５ｆとを連結する部材である。

（機構制御部）
機構制御部３５ｆは、破砕補助機構３５の制御を行う。たとえば、破砕刃３５ａを閉状態から開状態とする場合、機構制御部３５ｆは、同調連結ロッド３５ｅを既設管ガイド装置３の後端側に駆動させる。同調連結ロッド３５ｅの移動に伴って往復ピストン３５ｄも後端側に移動する。往復ピストン３５ｄが後端側に移動することにより、押上ローラー３５ｃが破砕刃３５ａを持ち上げ、開状態とする（図８Ａ、図８Ｂ参照）。機構制御部３５ｆは、刃位置センサー３５ｂからの信号に基づいて、破砕刃３５ａの開閉状態を把握することができる。

＝＝切削破砕システムの動作＝＝
ここで、本実施形態に係る切削破砕システム１の動作について説明する。図１１は、既設管ＥＰ内における切削破砕システム１の一部を示した拡大図である。なお、以下に説明する各種構成に関する制御は、コントロールシステムＣＳが行う。

まず、既設管ガイド装置３を既設管ＥＰ内に配置する。この際、既設管ガイド装置３の外周部分に設けられたシール部材３３Ａ及びシール部材３３Ｂが既設管ＥＰの内面と密着するよう既設管ガイド装置３を既設管ＥＰ内に配置する。

次に、発進立坑ＬＳに掘進機２を配置する。そして、既設管ガイド装置３の後端側（反力円錐ロッド３２の端面）と掘進機２の先端側（乗り上げコーン２１ｄの端面）とを当接させる（図１１の状態）。

その後、掘進機２のモータ２２ｂを回転状態にし、第１クラッシャー部２１ｃを回転させる。また、ポンプ２３ｂを駆動状態にし、泥水を送水管ｓｐに送り込む。送り込まれた泥水Ｗは、ヘッド部２１の放水口２１２ａから掘進機２の前方向に放水される。その後、既設管ガイド装置３で進行方向をガイドしながら掘進機２を既設管ＥＰ側に押し込むことにより、回転するビット２１３ｃが既設管ＥＰを切削破砕する。つまり、ビット２１３ｃは、掘進機２の先端部分に設けられ、既設管ＥＰを切削破砕することができる。本実施形態に係るビット２１３ｃは「第１の破砕部」に相当する。

なお、本実施形態においては、既設管ガイド装置３に破砕刃３５ａが設けられている。破砕刃３５ａを既設管ＥＰ内で開状態（図１１参照）にすることにより、切削破砕前の既設管ＥＰに亀裂を生じさせることができる。このような亀裂を生じさせることにより、ビット２１３ｃによる切削破砕をより容易にすることが可能となる。また、開状態の破砕刃３５ａが既設管ＥＰに当接することにより反力（抵抗）が発生する。この反力を利用することにより、既設管ガイド装置３の上下方向（既設管ガイド装置３の移動方向に直交する方向）の支えをより確実に行うことができる。

切削破砕により生じる破砕物Ｆは、放水口２１２ａから放水された泥水Ｗと混ざって、ヘッド部２１内に取り込まれる。

このように、放水口２１２ａから既設管ガイド装置３側に向けて放水された泥水Ｗと破砕物Ｆとをヘッド部２１内に取り込む前に混合できるのは、シール部材３３Ａと掘進機２との間に空間が形成されることによる。すなわち、放水された泥水Ｗがシール部材３３Ａよりも先端側に流出することがないため（既設管ガイド装置３よりも先端側にある既設管ＥＰ中に流出することがないため）、泥水Ｗと破砕物Ｆとを空間内で混合させて排水とすることができる。なお、図１１の例では、シール部材３３Ｂも既設管ＥＰの内面と密着している。このように、シール部材３３Ａにより泥水Ｗの流出を防止しつつ、シール部材３３Ｂにより破砕物Ｆ等の流出も防止できる。

取込口Ｇからヘッド部２１内に取り込まれた破砕物Ｆは、アウターコーン２１ａに対して第１クラッシャー部２１ｃが回転することにより、クラッシャー誘導羽根２１４ｃと第１粉砕用筋盛り２１１ａとの間に挟まれて細かく破砕される。つまり、ビット２１３ｃよりも掘進機２の後端側に設けられているクラッシャー誘導羽根２１４ｃ及び第１粉砕用筋盛り２１１ａは、ビット２１３ｃで切削破砕された既設管ＥＰを更に破砕する。本実施形態に係るクラッシャー誘導羽根２１４ｃと第１粉砕用筋盛り２１１ａは「第２の破砕部」に相当する。

クラッシャー誘導羽根２１４ｃと第１粉砕用筋盛り２１１ａによって破砕された破砕物Ｆは、第２粉砕用筋盛り２１０ａと粉砕用凹凸部２１３ｂの間に入り込む。ここで、アウターコーン２１ａに対してインナーコーン２１ｂが回転することにより、第２粉砕用筋盛り２１０ａと粉砕用凹凸部２１３ｂとの間に挟まれた破砕物Ｆは、更に細かく破砕される。つまり、クラッシャー誘導羽根２１４ｃ及び第１粉砕用筋盛り２１１ａよりも掘進機２の後端側に設けられている第２粉砕用筋盛り２１０ａ及び粉砕用凹凸部２１３ｂは、クラッシャー誘導羽根２１４ｃ及び第１粉砕用筋盛り２１１ａで破砕された既設管ＥＰを更に破砕する。本実施形態に係る第２粉砕用筋盛り２１０ａ及び粉砕用凹凸部２１３ｂは「第３の破砕部」に相当する。

クラッシャー誘導羽根２１４ｃ及び第１粉砕用筋盛り２１１ａによって、細かく破砕された破砕物Ｆは、泥水Ｗと混ざった排水として排水管ｄｐを介して地上に排出される。

切削破砕システム１は、改築対象となっている既設管ＥＰ全て（発進立坑ＬＳと到達立坑ＡＳの間にある既設管ＥＰ全て）に対して上記と同様の切削破砕を繰り返し行う。

切削破砕システム１で切削破砕を行った後（既設管ＥＰが切削破砕された後）、掘進機２の進行方向に沿って新設管ＮＰを敷設することにより、既設管ＥＰの改築推進を行うことができる。

ところで、老朽化等の影響により、地中における既設管ＥＰの現在位置と元の配管位置（最初に工事した際に埋め込まれた位置）と異なっている場合がありうる。たとえば、図１２に示すように既設管ＥＰの一部が地中でずれている場合、従来の既設管ガイド式では、推進ガイド装置を既設管ＥＰに沿って移動させるため、掘進機も既設管の位置に沿って移動することになる。従って、本体掘削すべき場所（元の配管位置。図１２では破線で示す）に沿って切削破砕することができない。その結果、新設管を所望の位置に敷設することが困難となる。

そこで、本実施形態に係る切削破砕システム１は、既設管ガイド装置３と掘進機２との当接部分において、掘進機２の進行方向を調整するための方向調整機構ＤＭを設けている。方向調整機構ＤＭは、反力円錐ロッド３２と乗り上げコーン２１ｄとを含んで構成される。

既設管ＥＰの変形等が無い場合、方向調整機構ＤＭは、既設管ガイド装置３の後端側（反力円錐ロッド３２の端面）と掘進機２の先端側（乗り上げコーン２１ｄの端面）とを当接させる（図１１参照）。この場合、掘進機２と既設管ガイド装置３とは同軸上を推進する。

一方、既設管ＥＰの一部が地中でずれている場合（図１２の場合）等には、方向調整機構ＤＭは、乗り上げコーン２１ｄの円錐面が、反力推進ロッド３２の円錐面に乗り上げるように掘進機２を配置する（図１３参照）。この場合、既設管ガイド装置３によって、掘進機２の先端部分が下がらないように支えた状態となる。この状態で掘進機２と既設管ガイド装置３とを同調推進させることにより、掘進機２と既設管ガイド装置３とは推進方向の軸が並行する状態で推進することができる。その結果、新設管ＮＰを敷設するために必要な空間を設けることが可能となる。

更に、既設管ＥＰが屈曲している場合等には、方向調整機構ＤＭは、乗り上げコーン２１ｄの円錐面が、反力推進ロッド３２の円錐面に乗り上げるように、掘進機２のヘッド部２１を傾けた状態で掘進機２を配置することも可能である（図１３参照）。そして、元押装置ＰＡ側で掘進機２の移動速度を調整しつつ、反力調整装置ＲＡ側でも既設管ガイド装置３の反力を調整することで移動速度を調整する。このような状態で掘進機２を推進させることにより、ヘッド部２１の方向に向かって切削破砕を行うことが可能となる。

このように、本実施形態に係る地中に敷設されている既設管ＥＰを切削破砕する切削破砕システム１は、既設管ＥＰを切削破砕し、破砕物を回収する掘進機２と、既設管ＥＰ内を移動可能に設けられ、その後端側が掘進機２の先端側と当接した状態で掘進機２の進行方向をガイドするための既設管ガイド装置３とを有する。そして、掘進機２は、既設管ガイド装置３側に向けて水を放出するための放水口２１２ａを先端部分に有し、既設管ガイド装置３は、既設管ＥＰの内面と密着するシール部材３３を外周部分に有する。

このような構成により、掘進機２で切削破砕された破砕物Ｆは、掘進機２とシール部材３３との間に形成される空間内で泥水Ｗと混合され、排水として掘進機２に取り込むことができる。すなわち、地中に敷設されている既設管ＥＰを切削破砕する際、破砕物Ｆを効率よく回収できる。また、掘進機２とシール部材３３とで空間を形成することにより、従来のように既設管ＥＰへのグラフト充填を行わなくとも泥水Ｗと破砕物Ｆとを混合して掘進機２に取り込むことが可能となる。

また、本実施形態に係る既設管ガイド装置３は、シール部材よりも後端側に設けられ、一端が既設管ガイド装置３に回転可能に接続され、他端が既設管ガイド装置３に対して開閉可能な破砕刃３５ａを有する。既設管ＥＰ内において、破砕刃３５ａを開閉することにより、切削破砕前の既設管ＥＰに亀裂を生じさせることができる。従って、その後の掘進機２による切削破砕がより容易となる。

また、本実施形態に係る切削破砕システム１は、既設管ガイド装置３と掘進機２との当接部分において、掘進機２の進行方向を調整するための方向調整機構ＤＭを有する切削破砕システムが明らかとなる。このような方向調整機構ＤＭにより、掘進機２の方向を調整することにより、所望の方向に掘進機２を進行させることができる。

また、本実施形態に係る掘進機２は、掘進機２の先端部分に設けられ、既設管ＥＰを切削破砕するビット２１３ｃと、ビット２１３ｃよりも掘進機２の後端側に設けられ、ビット２１３ｃで切削破砕された既設管ＥＰを破砕するクラッシャー誘導羽根２１４ｃ及び第１粉砕用筋盛り２１１ａと、クラッシャー誘導羽根２１４ｃ及び第１粉砕用筋盛り２１１ａよりも掘進機２の後端側に設けられ、クラッシャー誘導羽根２１４ｃ及び第１粉砕用筋盛り２１１ａで切削破砕された既設管ＥＰを破砕する第２粉砕用筋盛り２１０ａ及び粉砕用凹凸部２１３ｂとを有する。このように、３段階で既設管ＥＰを切削破砕することにより、既設管ＥＰを排出しやすいよう、細かく破砕することが可能となる。

更に、本実施形態に係る掘進機２及び既設管ガイド装置３を用いることにより、従来にはない既設管ＥＰの切削破砕工法を実施することが可能となる。具体的には、既設管ガイド装置３の外周部分に設けられたシール部材３３が既設管ＥＰの内面と密着するよう既設管ガイド装置３を既設管ＥＰ内に配置し、既設管ガイド装置３で進行方向をガイドしながら掘進機２で既設管ＥＰを切削破砕し、掘進機２の先端部分に設けられた放水口２１２ａから既設管ガイド装置３側に向けて水を放出することにより、シール部材３３と掘進機２とで形成される空間内で放出された水と切削破砕された既設管ＥＰを混合させて排水とし、掘進機２を介してその排水を外部に排出する。このような方法によれば、掘進機２で切削破砕された破砕物Ｆは、掘進機２とシール部材３３との間に形成される空間内で泥水Ｗと混合され、排水として掘進機２に取り込むことができる。すなわち、地中に敷設されている既設管ＥＰを切削破砕する際、破砕物Ｆを効率よく回収できる。また、掘進機２とシール部材３３とで空間を形成することにより、従来のように既設管ＥＰへのグラフト充填を行わなくとも泥水Ｗと破砕物Ｆとを混合して排出することが可能となる。

また、上記方法により既設管ＥＰが破砕された後、掘進機２の進行方向沿って新設管ＮＰを敷設することが可能となる。このような方法によれば、既設管の改築を効率よく進めることができる。

＜その他＞
上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定するものではない。上記の構成は、適宜組み合わせて実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

たとえば、上記実施形態における第１クラッシャー部２１ｃには、羽根部２１２ｃ、ビット２１３ｃ及びクラッシャー誘導羽根２１４ｃが３つずつ設けられているが、その数はこれに限られない。また、ピット２１３ｃとクラッシャー誘導羽根２１４ｃの数が一致してなくともよい。たとえば、ある羽根部２１２ｃに対してはピット２１３ｃのみ（或いはクラッシャー誘導羽根２１４ｃ）のみが設けられている構成でもよい。

また、上記実施形態に係る掘進機２は、既設管ＥＰを３段階に分けて破砕を行っているが、たとえば、２段階で破砕する構成を採用してもよい。また、破砕に関するヘッド部２１の構成についても、破砕物を水と混合して地上に排出できるような構成であれば、特に限定されない。

モータ２２ｂはヘッド部２１内に設けられていてもよい。また、送水管ｓｐ及び排水管ｄｐは複数本あってもよい。更に、本体部２２の下側部分（図７参照）だけでなく、上側に送水管ｓｐや排水管ｄｐを設けてもよい。上側に送水管ｓｐを設けることで、バイパス路を設ける必要がないため、放水口２１２ａから放水される水圧のコントロールがより容易になる。更に、送水管ｓｐの開口部分を放水口２１２ａと連結する構成でもよい。この場合、より確実に放水口２１２ａから水を放水することができる。

また、既設管ガイド装置３は、掘進機２を切削破砕する方向にガイドできる構成であればよい。従って、反力維持ローラー３４や破砕補助機構３５は必ずしも必須の構成ではない。また、シール部材３３の位置は、既設管ガイド装置３の外周部分であれば特に限定されない。また、シール部材３３Ｂは、シール部材３３Ａと同様、ゴム状の部材で形成してもよい。この場合、シール部材３３Ｂ側でも止水が可能となる。

また、方向調整機構ＤＭの機構も、掘進機２の進行方向を調整できる機構であれば特に限定されるものではなく、たとえば、反力円錐ロッド３２と乗り上げコーン２１ｄとが機械的に接続されるような機構であってもよいし、電磁石を用いて連結する機構であってもよい。

１ 切削破砕システム
２ 掘進機
３ 既設管ガイド装置
２１ ヘッド部
２２、３１ 本体部
２３ ポンプ収納部
２１ａ アウターコーン
２１ｂ インナーコーン
２１ｃ 第１クラッシャー部
２１ｄ 乗り上げコーン
３２ 反力円錐ヘッド
３３ シール部材
３４ 反力維持ローラー
３５ 破砕補助機構
２１２ａ 放水口

Claims (1)

1. 先端部分に設けられ、地中に敷設されている既設管を切削破砕する第１の破砕部と、
   前記第１の破砕部よりも後端側に設けられ、前記第１の破砕部で切削破砕された前記既設管を破砕する第２の破砕部と、
   前記第２の破砕部よりも後端側に設けられ、前記第２の破砕部で切削破砕された前記既設管を破砕する第３の破砕部と、
   を有する掘進機。

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